Nuevos catalizadores para pilas de combustible
Eficacia y calidad constantes
Las pilas de combustible suelen aplicarse para generar energía eléctrica a partir de hidrógeno o metanol. Los catalizadores a nanoescala ponen en marcha el proceso, pero hasta ahora la calidad de estos materiales ha variado considerablemente. La división de investigación CAN del Instituto Fraunhofer de Investigación Aplicada de Polímeros IAP ha eliminado estos problemas: Con un catalizador optimizado y un proceso de producción continuo y reproducible con muy buen control de las propiedades del material.
Caracterización de las pilas de combustible: Un nuevo sistema de pruebas permite ensayar las pilas de combustible con los nuevos catalizadores, demostrando así la calidad constante de las partículas del catalizador.
© Fraunhofer IAP
El hidrógeno es una cuestión de futuro: los motores de H2, por ejemplo, pretenden complementar la electromovilidad de forma significativa. Las pilas de combustible ayudan a convertir la energía química almacenada en el hidrógeno o el metanol en energía eléctrica utilizable, es decir, a generar electricidad. Para ello se utilizan catalizadores a nanoescala basados en el platino, a temperaturas manejables y con un aporte energético razonable. Los métodos anteriores para su producción se basan en síntesis por lotes y sólo permiten un control insuficiente del tamaño, la forma y la composición de las partículas. Sin embargo, estos parámetros tienen un fuerte impacto en el proceso de catálisis. Las nanopartículas son especialmente adecuadas como catalizadores porque tienen una gran superficie en relación con la cantidad de material utilizado. Por tanto, su uso ahorra material y, por tanto, costes. El problema es que la calidad de los materiales catalizadores convencionales puede variar mucho.
Proceso continuo, producto reproducible
Los científicos de la división de investigación CAN del Fraunhofer IAP han desarrollado ahora catalizadores estables y eficientes y han optimizado su proceso de producción, en el marco del proyecto HiKAB, abreviatura de "Hierarchical Composite Nanoparticle Systems for Application in Fuel Cells", financiado por el Ministerio Federal de Economía y Energía BMWi (FKZ 03ET1435A). "Hemos convertido el proceso por lotes en un proceso de producción continuo", afirma el Dr. Christoph Gimmler, jefe de departamento del Fraunhofer IAP. "Para ello, nos basamos en un proceso ascendente, construyendo las nanopartículas átomo a átomo. De este modo, no sólo podemos producir nanopartículas con una calidad alta y constante mediante la guía de síntesis, sino también ajustar selectivamente el tamaño, el tipo y la composición de las partículas del catalizador." En el reactor que el equipo de investigación desarrolló y construyó, este proceso de síntesis se desarrolla de forma continua, especialmente la fase crítica de nucleación. Lo que es especial: El equipo ha separado espacial y temporalmente la fase de nucleación de la fase de crecimiento; de este modo, las temperaturas de reacción, por ejemplo, pueden controlarse bien. Esto permite una muy buena reproducibilidad del proceso y de las propiedades del material producido. Los investigadores también han optimizado el propio material del catalizador. "Hemos sustituido parte del platino por un metal menos noble y, por tanto, menos caro", especifica Gimmler. Esto no sólo tiene un efecto positivo en los costes del material, sino que también permite que el catalizador funcione de forma más eficiente y aumenta su vida útil.
La prueba de concepto ya se ha realizado: Los investigadores han probado los catalizadores producidos en pilas de combustible de metanol directas, con éxito. En las pruebas a largo plazo, analizarán ahora exactamente cuánto pueden ofrecer los nuevos materiales y el proceso de producción optimizado en términos de ahorro de costes. De los resultados de las primeras mediciones se desprende que los catalizadores desarrollados también son muy interesantes para las pilas de combustible de hidrógeno.
Analizar los materiales a nivel sistémico
Hasta ahora, los materiales catalizadores desarrollados por el equipo de investigación en el proyecto HiKAB sólo se podían probar electroquímicamente. En el proyecto ProkAB, abreviatura de "Procesamiento y caracterización de nanopartículas catalíticamente activas para su aplicación en pilas de combustible", financiado por la Autoridad para la Ciencia, la Investigación, la Igualdad y los Distritos (BWFGB), el Fraunhofer IAP ha establecido ahora un banco de pruebas de pilas de combustible para realizar mediciones rutinarias. "Hemos ampliado nuestro espectro de caracterización y ahora podemos probar los materiales que desarrollamos a nivel de pila de combustible", informa Gimmler. "Esto nos permite realizar la prueba de fuego, por así decirlo, después de todo, incluso más parámetros juegan un papel a nivel de sistema que en el laboratorio". El Fraunhofer IAP ofrece así su experiencia no sólo en el desarrollo de materiales, sino también en la caracterización de pilas de combustible.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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